铁路桥梁基础水害加固方案探讨

摘要：近年来，由于河道采砂等原因，致使河床整体下切严重，河床断面及河道纵坡等均发生较大变化，并由此引起既有铁路桥梁基础埋深不足及桩基裸露等病害时有发生。既要保证行车安全，又要考虑加固效果及资金投入，对既有铁路桥梁基础进行加固存在一定的风险和难度，本文以黄垒河铁路桥病害加固整治为例，对此类病害加固方案进行探讨，以期探索出科学、安全、经济合理的加固治理方案。

关键词：铁路桥梁 ，水害加固，经济合理

一、工程概况

1.原设计概况：黄垒河大桥，为11孔20m钢筋混凝土T梁桥，单线、直线桥，全桥位于平坡上。上部采用20m普高度钢筋混凝土T梁，采用板式氯丁橡胶支座；下部采用钢筋混凝土板式桥墩，耳墙式桥台；基础均采用桩基础，桥墩采用4颗桩上接混凝土承台。承台的尺寸（长X宽X厚度）为4.8X4.8X2m；桩基直径1.0m，4颗桩按正方形布置，桩间中心距2.8m；桥墩高度4m～6m不等。其中6-9#墩在主河道上。

2.现状及病害概况：黄垒河河床整体下切，河床断面、河道纵坡等均发生显著变化，从而造成河道水位降低、流速加大及冲刷加剧等水利特征的改变；汛期过后 6#、7#、8#、9#墩承台外露，8#桥墩承台底部已被掏空，桩基裸露1.2m多，受河水的不断冲刷，个别桩身断面及承台底层混凝土有剥蚀脱落，承台底部及桩内钢筋裸露锈蚀严重，部分钢筋从网层内掉落；桩基与承台的连接薄弱，桩身断面削弱严重且强度不达标，下部结构状态已直接影响到桥墩的稳定。

3.成因分析：由于当地多年来不断对河道进行采砂，导致汛期过后，河床下切严重，主河槽内河床下切尤甚；桥梁使用前期，河水污染严重腐蚀性强；个别桩基及承台局部混凝土强度不足。

二、工程地质

该桥地表覆盖有第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）粉质黏土、粗砂、砾砂、细圆砾土，下伏花岗岩，基本承载力400～600kPa。土壤最大冻结深度：0.5米。场地土类型为中硬土。抗震设防烈度为6度，地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期Tg为0.40s。

三、加固方案

根据现状河道参数，重新计算水位、流速、一般沖刷深度及局部冲刷深度，并对基础进行检算，主河槽内桩基存在强度不足、尺寸削弱、埋深不够及桩长不足等问题，导致桥墩及基础刚度不足和水平承载力降低，不满足规范要求，需对桥梁进行加固改造。

（一）、增设拦沙坝方案（方案1）

根据病害成因可知，病害主要为河床下切引起，因此加固方案以提高河床高度，增加桩基及承台埋深为主，在桥梁下游10m处增设一道片石混凝土挡沙坝，坝顶高出承台顶部0.4～0.5m；同时对位于主河道内桩身断面剥蚀、承台底部及桩内钢筋裸露锈蚀的6-9#桥墩采用承台增大截面积、桩基套箍加固处理，加固处理范围为承台自底部往上1m，桩基自桩顶往下4m（如图1示），承台及桩基劣化混凝土凿除至密实结构层，对表面进行处理，喷涂环氧胶液粘结界剂，植筋绑扎钢筋网，最后浇筑高强无收缩灌浆料。施工前，采用贝雷梁或八三式铁路轻型军用桥墩作为辅助支点支撑梁端，对施工桥墩进行防护。

（二）、新设桩基置换原桩方案

以解决6-9#桥墩承台及桩基混凝土存在强度不足、尺寸削弱等问题，增加基础刚度和水平承载力为主，同时充分考虑河道将来下切问题，对6-9#桥墩采用新设桩基置换原桩，并按高桩承台进行设计。根据新设桩基的布置不同可分为以下2种方案：

1.承台左、右侧对称增加桩基（方案2）

如图2所示，在承台左右侧，对应既有桩基增加4颗桩，初步计算桩长10m，桩顶承接钢筋混凝土承台，厚2m，新设承台包裹既有承台，设计承台顶低于既有承台顶1m，在承台包裹范围之内对既有承台进行凿毛和植筋处理。桩基施工前，采用贝雷梁或八三式铁路轻型军用桥墩作为辅助支点支撑梁端，对施工桥墩进行防护。

2. 既有桩基对角线方向对称增加基桩（方案3）

如图3所示，在承台既有桩基对角线方向，对称增加4颗桩，初步计算桩长仍为10m，桩顶承接钢筋混凝土承台，厚2m，新设承台顶低于既有承台顶1m，新旧圬工间进行植筋连接。桩基施工前，采用贝雷梁或八三式铁路轻型军用桥墩作为辅助支点支撑梁端，对施工桥墩进行防护。

四、方案比选

以上三个方案均能满足并达到设计目的，从而保证桥梁结构和铁路运输的安全，但三个方案各具优缺点。

方案1：加固断面阻水面积增加小，有利于泄洪，同时给轻型军用桥墩留下空间，较利于对桥墩进行卸载防护；采用挡沙坝设计，虽然可以防止河床继续下切，但短期内河沙不能淤积至有效标高，不能一次性彻底解决基础刚度不足，同时未考虑既有桩基上部混凝土标号不足的问题。工程投资预算为270万元。

方案2：加固断面阻水面积增加小，有利于泄洪，同时给轻型军用桥墩留下足够空间，有利于对桥墩进行卸载防护；采用高桩承台设计，充分考虑河道将来下切问题，同时提高了基础刚度和横向承载力；但顺河道方向增加较长，受力状态差。工程投资预算为250万元。

方案3：加固断面阻水面积增加大，不利于泄洪，同时占用轻型军用桥墩空间，不利于对桥墩进行卸载防护，保证不了施工安全；采用高桩承台设计，充分考虑河道将来下切问题，桩位合理，受力状态好，有效提高了基础刚度和水平承载力；工程投资预算为260万元。

通过以上比较，工程投资基本接近，方案2工程投资略省，而且在提高桥梁基础可靠性，达到加固效果的同时，又可保证施工期间的行车安全。

五、施工方案

加固桥墩位于河流主河道上，局部河槽常年有水，施工时，合理安排工期和布置施工场地，避开雨季，采取草袋围堰或钢板桩进行围护。

为保证行车安全，桩基施工前，采用贝雷梁或八三式铁路轻型军用桥墩作为辅助支点支撑梁端，以卸载部分荷载，对施工桥墩进行防护。

施工期间列车限速45Km/h。植筋作业期间要点施工。

六、安全控制

1.施工时注意加强基坑监测，制定监测方案，对基坑周边及桥墩进行沉降、位移等观测，发现问题及时处置。

2.贝雷梁或八三式辅助支墩应尽量靠近梁端位置，避免对梁体造成损伤；夯实支墩基础，填筑20cm厚碎石混凝土垫层，垫层上浇筑20cm厚钢筋混凝土。

3.桩基施工加强泥浆护壁，相邻桩基不得同时施工，严防塌孔及串孔等现象发生。

4.植筋施工应严格按照有关规范施工，植筋孔钻完后要及时植入钢筋，以免对既有承台截面削弱过多，影响结构安全。

5.为防止新浇混凝土和旧承台结合不紧密，出现两张皮的现象，承台混凝土采用微膨胀混凝土。

七、结束语

桥梁加固施工结束后，经过检测证实加固效果达到预期的目的。通过对该桥病害加固方案比选、施工实践及加固效果可见，在处理桥梁基础水害，尤其是在既有基础同时存在质量缺陷的情况下，桩基置换加固方案具有一定的安全性和经济性，可对类似的桥梁病害加固处理提供借鉴。

参考文献：

[1]《铁路工程水文勘测设计规范》TB10017-99

[2]《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005

[3]《铁路桥涵工程施工安全技术规程》TB103031-2009

[4]《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》TB10002.4-2005

个人简介：王索群；学历；大本，性别；男，职称；中级工程师，研究领域；道路与桥梁，